氣候變化對(duì)運(yùn)城水資源脆弱性的評(píng)估及應(yīng)用

盧 瓊

(臨汾市水文水資源勘測(cè)分局，山西 臨汾 041000)

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氣候變化對(duì)運(yùn)城水資源脆弱性的評(píng)估及應(yīng)用

盧 瓊

(臨汾市水文水資源勘測(cè)分局，山西 臨汾 041000)

水資源是國(guó)際基礎(chǔ)性資源，同樣具有重要的戰(zhàn)略意義。氣候的變化對(duì)水資源脆弱性的影響，主要從氣候的不利因素來(lái)探討水資源適應(yīng)性問(wèn)題。文章以水資源供需安全為基礎(chǔ)，利用溫度、降雨等參數(shù)來(lái)構(gòu)建水資源關(guān)鍵性指標(biāo)體系，并從氣候變化來(lái)展開(kāi)水資源脆弱性評(píng)價(jià)。結(jié)合運(yùn)城水資源現(xiàn)狀，從氣候變化來(lái)優(yōu)化水資源評(píng)估脆弱性，并提出積極的改進(jìn)建議和思路。

氣候變化；水資源脆弱性；評(píng)估模型；運(yùn)城；適應(yīng)性對(duì)策

水資源是構(gòu)建地域生態(tài)環(huán)境的重要基礎(chǔ)。地球上的水資源是有限的，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)水資源的需求也越來(lái)越大，而更多的地區(qū)陷入了水資源緊張的被動(dòng)局勢(shì)。如中東、中亞地區(qū)水資源危機(jī)帶來(lái)的地區(qū)安全問(wèn)題更加突出。氣候變化是導(dǎo)致水資源問(wèn)題的重要因素，特別是全球變暖而帶來(lái)的地表徑流、蒸發(fā)、降雨、土壤濕度等水文環(huán)境的變化，使得水資源在時(shí)空領(lǐng)域重新分配，導(dǎo)致部分地區(qū)洪澇、干旱等災(zāi)害的發(fā)生。我國(guó)水資源短缺問(wèn)題十分突出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近50年來(lái)氣候變化帶來(lái)的降水量、氣溫升高等問(wèn)題，也給人民生活帶來(lái)更多難題。東北、華北地區(qū)雨量減少，華南、西北雨量增加。這些極端氣候帶來(lái)的水環(huán)境惡化問(wèn)題，加劇了地域水資源的脆弱性。為此，結(jié)合氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)來(lái)探討地域水資源脆弱性研究，從完善地域性水資源規(guī)劃與管理上，提出適應(yīng)性對(duì)策就顯得尤為關(guān)鍵和迫切。

1 氣候變化對(duì)水資源脆弱性的研究綜述

水資源是一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)性自然資源，對(duì)水資源脆弱性評(píng)估與研究歷來(lái)已久。法國(guó)于20世紀(jì)60年代就著手地下水資源脆弱性研究，而隨著全球水資源短缺問(wèn)題的加劇，氣候變化越來(lái)越成為水資源脆弱性研究的重要因素。Brouwer等人通過(guò)人類(lèi)活動(dòng)與水資源的關(guān)系來(lái)探討區(qū)域水資源供需平衡問(wèn)題；[1]IPCC則利用氣候變化與水資源的脆弱性研究，提出氣候變化是導(dǎo)致地域性水資源惡化的重要干擾因素；[2]Charles等人通過(guò)水資源開(kāi)發(fā)利用率來(lái)評(píng)價(jià)水資源脆弱性，并提出氣候情景與水量平衡模型；國(guó)內(nèi)對(duì)水資源脆弱性評(píng)估研究始于20世紀(jì)90年代，主要是針對(duì)北方缺水問(wèn)題展開(kāi)流域性水資源脆弱性評(píng)估工作。劉綠柳通過(guò)對(duì)水資源脆弱性概念的明確，提出定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法；唐國(guó)平從水資源供需關(guān)系來(lái)探討宏觀上的水資源脆弱性；王國(guó)慶首次將氣候變化作為水資源脆弱性研究的重點(diǎn)因素，并提出氣溫升高背景下水資源敏感性、脆弱性關(guān)系；董四方等人運(yùn)用系統(tǒng)理論，通過(guò)構(gòu)建水資源復(fù)雜系統(tǒng)模型來(lái)探討脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)。綜合來(lái)看，對(duì)于水資源脆弱性研究，主要集中在3點(diǎn)：①評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，要么過(guò)于復(fù)雜、要么過(guò)于單一，不具有較強(qiáng)的適用性；②對(duì)于水資源脆弱性評(píng)價(jià)方法中，定量評(píng)價(jià)多采用加權(quán)平均的多指標(biāo)方法，如水資源承載力、水資源開(kāi)發(fā)利用率、人均用水量等，指標(biāo)具有隨意性、人為性；③評(píng)價(jià)方法多以概念和框架為主，未能從系統(tǒng)機(jī)制上來(lái)提出綜合性評(píng)價(jià)模型。

2 水資源脆弱性評(píng)價(jià)方法研究

2.1 水資源脆弱性評(píng)價(jià)一般方法

根據(jù)IPCC對(duì)脆弱性的界定，結(jié)合水資源系統(tǒng)與氣候變化的關(guān)系，主要從脆弱性理論框架來(lái)探討水資源脆弱性因子、敏感性因子、適應(yīng)性因子的關(guān)系。氣候變化背景下的水資源脆弱性研究，首先要明確脆弱性概念及其函數(shù)，利用綜合方法來(lái)提出水資源脆弱性與氣候變化的影響關(guān)系。其公式表示為：

(1)

式中：V為水資源脆弱性；α為關(guān)聯(lián)系數(shù)，對(duì)于S(t)表為敏感性函數(shù)，對(duì)于C(t)為適應(yīng)性函數(shù)或者抗壓力性函數(shù)。從水資源系統(tǒng)關(guān)系入手，來(lái)探討人類(lèi)活動(dòng)、自然稟賦，以及氣候等變化的影響，并從水資源時(shí)空分異、干旱、洪流等自然災(zāi)害的可能性危害等方面來(lái)探究其關(guān)系。對(duì)于某一區(qū)域水資源來(lái)說(shuō)，由于氣候變化背景下是綜合作用的結(jié)果，在對(duì)脆弱性評(píng)估理論應(yīng)用中，需要提出一般性函數(shù)公式：

(2)

式中：S1、S2…Sn為區(qū)域水資源系統(tǒng)中各影響因素的敏感性，對(duì)于C1、C2…Cn為區(qū)域水資源系統(tǒng)中各影響因素的抗壓性，β1、β2…βn表示區(qū)域水資源系統(tǒng)中各影響因素對(duì)應(yīng)的尺度因子。從水資源供需矛盾來(lái)看，由于水資源存在時(shí)空分異性，對(duì)于不同地區(qū)間水資源分布不均衡、導(dǎo)致旱澇災(zāi)害，以及水資源短缺等問(wèn)題。如北方地區(qū)的海河流域，因超采嚴(yán)重而帶來(lái)生態(tài)用水不足問(wèn)題。本研究將著重從水資源供需安全視角，就氣候因素等變化帶來(lái)的水資源脆弱性展開(kāi)評(píng)價(jià)。

2.2 水資源敏感性分析

氣候變化對(duì)水資源的敏感性分析，主要是從氣候變化背景下，來(lái)探討水資源的變化率，等同于彈性系數(shù)。引入氣候變化與敏感性研究，氣候變化往往通過(guò)降雨與水資源變化形成直接關(guān)聯(lián)，而其彈性系數(shù)則是降雨變化與水資源變化的相關(guān)性。用公式表示為：

(3)

式中：降水量與地表徑流形成直接影響，為了對(duì)上述公式進(jìn)行等價(jià)，可以從某地域多年平均降水量與地表徑流之間的關(guān)系上來(lái)近似。當(dāng)然，在等價(jià)轉(zhuǎn)換中，未能將大氣蒸發(fā)與地表徑流納入影響范圍；為此，利用溫度變化與地域水文關(guān)系的分析，提出基于溫度、降雨雙參數(shù)彈性系數(shù)的計(jì)算模型，表示為：

(4)

由此可以選取溫度、降雨兩個(gè)參數(shù)指標(biāo)來(lái)對(duì)地域水資源敏感度進(jìn)行衡量。對(duì)于水資源脆弱性中的抗壓力性研究，主要通過(guò)水資源供需安全、可利用量、時(shí)空變異、承載力等方面來(lái)探討生態(tài)需水保障關(guān)系。

2.3 水資源抗壓力分析

我們通過(guò)國(guó)際水資源協(xié)會(huì)公布的指標(biāo)體系，來(lái)推導(dǎo)水資源供需安全的抗壓力綜合評(píng)價(jià)函數(shù)關(guān)系為：

(5)

式中：對(duì)于r表示為水資源開(kāi)發(fā)利用率，對(duì)于P是地域人口數(shù)，對(duì)于WD為用水量，對(duì)于Q為水資源總量；k表示尺度因子，與抗壓系數(shù)和水資源開(kāi)發(fā)利用率有關(guān)。由于水資源抗壓能力與水資源供需安全存在非線性關(guān)系，當(dāng)水資源抗壓力降低時(shí)，由此帶來(lái)的水資源敏感度越高，對(duì)氣候等變化帶來(lái)的影響也越大。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)體系的綜合，在進(jìn)行水資源脆弱性描述上，可以根據(jù)所包含的指標(biāo)來(lái)探討水資源脆弱性分布的高值區(qū)。當(dāng)水資源相對(duì)豐富時(shí)，地域內(nèi)水資源開(kāi)發(fā)利用率將會(huì)較低，而水資源脆弱性則處于低值區(qū)，相反，當(dāng)水資源相對(duì)短缺，地域水資源利用率也會(huì)提升，而水資源脆弱性則處于高值區(qū)，氣候等變化對(duì)水資源脆弱性的影響較大。

3 以涑水河為例來(lái)氣候變化對(duì)水資源脆弱性的評(píng)估研究

涑水河是黃河的一級(jí)支流，也是運(yùn)城市境內(nèi)的最長(zhǎng)河流。源頭位于絳縣陳村橫嶺關(guān)，在永濟(jì)市匯入黃河，全長(zhǎng)195km，總落差455米，流域面積約占全市面積的一半。在整個(gè)流域內(nèi)，因含沙量較小，雨季對(duì)中下游影響較大，因此屬于季節(jié)性河流。氣候變化對(duì)涑水流域的水資源影響較大，特別是在雨季降雨期，近50年降水量明顯下降，平均總降水量減少了近11%。相比氣溫變化，則10年內(nèi)平均氣溫升高0.29℃，其上升趨勢(shì)明顯?？梢?jiàn)，對(duì)于氣候變暖而帶來(lái)的涑水河流域水資源減少的問(wèn)題，其敏感性更強(qiáng)，也更為脆弱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在涑水河流域，當(dāng)氣溫一定條件下，降水量下降10%，引發(fā)的地表徑流減少30%以上，而降水量不變，則氣溫每增加1℃，地表徑流減少8%，當(dāng)氣溫升高1℃，同時(shí)降水減少10，則地表徑流則減少40%以上。同時(shí)需要強(qiáng)調(diào)的是，由于人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的地下水量變化，而產(chǎn)生流域內(nèi)年徑流總量的減少問(wèn)題也十分突出，其中庫(kù)區(qū)蓄水逐年減少，而城市發(fā)展所帶來(lái)的用水需求增加，使得水資源供需矛盾加劇。根據(jù)國(guó)家對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用率，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、行業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)，在對(duì)涑水河流域內(nèi)水資源脆弱性分析與評(píng)價(jià)中，主要從氣候變化的敏感度分析入手，對(duì)于山區(qū)水資源脆弱性指數(shù)小于0.1，則屬于低脆弱性，而對(duì)于脆弱指數(shù)介于中度的區(qū)域，其山區(qū)降水量、產(chǎn)流量與人口密度小有關(guān)，則水資源供給矛盾較?。欢鴮?duì)于城市區(qū)域來(lái)說(shuō)，由于生產(chǎn)、生活用水較大、對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用率來(lái)說(shuō)，成為制約水資源脆弱性的關(guān)鍵因素。同樣，對(duì)于降水量小、蒸發(fā)量大的區(qū)域，再加之承載面積大、人口密度高，則水資源開(kāi)發(fā)利用率要高于標(biāo)準(zhǔn)值，形成嚴(yán)重的水資源脆弱性狀態(tài)。

4 改善涑水河流域水資源脆弱性的建議和對(duì)策

水資源脆弱性研究與氣候變化之間的關(guān)系是顯著的，利用水資源敏感度、抗壓性函數(shù)來(lái)評(píng)估水資源適應(yīng)性，對(duì)于提升地域水資源生態(tài)平衡具有重要意義。針對(duì)運(yùn)城涑水河流域與氣候關(guān)系的變化問(wèn)題，在改善水資源脆弱性對(duì)策上，主要從3個(gè)方面著手。

4.1 注重對(duì)水資源綜合效益的利用

通過(guò)節(jié)水管理，促進(jìn)水資源優(yōu)化配置。如對(duì)于工業(yè)用水，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)上，嚴(yán)格控制高耗水產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展節(jié)水工藝；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，發(fā)展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)；在城鎮(zhèn)生活用水上，推廣中水系統(tǒng)，提升節(jié)水意識(shí)，減少水資源消耗；另外，在水資源管理上，通過(guò)時(shí)空配置與協(xié)同，開(kāi)展系統(tǒng)性、水資源調(diào)度與管理。

4.2 開(kāi)發(fā)多種水源

對(duì)于山區(qū)要加大雨水集流工程，實(shí)現(xiàn)坑塘蓄水來(lái)解決缺水難題；對(duì)于平原及農(nóng)村區(qū)域，強(qiáng)化污水處理和高效利用，增加可供水量。

4.3 注重流域內(nèi)水資源監(jiān)測(cè)

從節(jié)水、開(kāi)發(fā)多種水源上來(lái)優(yōu)化水資源供需矛盾，如推進(jìn)南水北調(diào)東、中線工程及配套工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)受水區(qū)、農(nóng)村需水，以及海河流域生態(tài)環(huán)境的改善。

[1]夏軍,雒新萍,曹建廷,等.氣候變化對(duì)中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)水資源脆弱性的影響評(píng)價(jià)[J].氣候變化研究進(jìn)展，2015(01):58-61.

[2]秦大河,ThomasStocker.IPCC第五次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告的亮點(diǎn)結(jié)論[J].氣候變化研究進(jìn)展，2014(01):25-29.

[3]王歡,劉九夫,謝自銀,等.流域地貌參數(shù)影響因子分析[J].水文，2015(05):81-84.

1007-7596(2017)04-0134-03

2017-03-06

盧瓊(1983-)，女，山西洪洞人，助理工程師，從事地表水研究工作。

TV213；P467

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